Name: impedance pneumography for minimally invasive measurement of heart rate in late stage invertebrates
Uploaded: 2020-04-04T13:00:00
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Die Autoren danken Paul Rawson für die Laborunterstützung und dem Preis der National Science Foundation IIA-1355457 an Maine EPSCoR an der University of Maine für die Mittel für den Kauf von Geräten. Dieses Projekt wurde vom USDA National Institute of Food and Agriculture, Hatch Projektnummer MEO-21811 durch die Maine Agricultural and Forest Experiment Station sowie dem NOAA National Marine Fisheries Service Saltonstall Kennedy Grant #18GAR039-136 unterstützt. Die Autoren danken auch drei anonymen Rezensenten für ihre Kommentare zu einer früheren Version dieses Manuskripts. Maine Agricultural and Forest Experiment Station Publikation Nummer 3733.

1. Ausrüstungsaufbau
<ol><li>Wrap klare, formbare Schläuche um sich selbst, um eine wärmeaustauschende Spule zu schaffen, die etwa 8–10 cm im Durchmesser ist und Verlängerungen von 40–70 cm Länge hat. Sichern Sie die Spule mit elektrischem Klebeband.</li>
	<li>Befestigen Sie die Wärmeaustauschspule an der externen Zufuhr und den Rücklaufarmaturen eines Kühl-/Heizwasserbades. Stellen Sie sicher, dass die Verbindung mit Schlauchklemmen sicher ist.</li>
	<li>Füllen Sie den Brunnen des kühl-/heizzirkulierende...

<ol>
	<li>Stocker, T. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Climate Change 2013: The Physical Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , (2013).</li><li>Pershing, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+adaptation+in+the+face+of+rapid+warming+leads+to+collapse+of+the+Gulf+of+Maine+cod+fishery.">Slow adaptation in the face of rapid warming leads to collapse of the Gulf of Maine cod fishery.</a> Science. 350 (6262), 809-812 (2015).</li><li>Smale, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Marine+heat+waves+threaten+global+biodiversity+and+the+provision+of+ecosystem+services.">Marine heat waves threaten global biodiversity and the provision of ecosystem services.</a> Nature Climate Change. 9 (4), 306-316 (2019).</li><li>P&#246;rtner, H. O., Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiology+and+climate+change.">Physiology and climate change.</a> Science. 322 (5902), 690-692 (2008).</li><li>P&#246;rtner, H. O., Bock, C., Mark, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen-+and+capacity-limited+thermal+tolerance:+bridging+ecology+and+physiology.">Oxygen- and capacity-limited thermal tolerance: bridging ecology and physiology.</a> Journal of Experimental Biology. 220 (15), 2685-2696 (2017).</li><li>Somero, G. N., Lockwood, B. L., Tomanek, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biochemical adaptation: response to environmental challenges, from life's origins to the Anthropocene. , (2017).</li><li>Sokolova, I. M., Frederich, M., Bagwe, R., Lanning, G., Sukhotin, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+homeostasis+as+an+integrative+tool+for+assessing+limits+of+environmental+stress+tolerance+in+aquatic+invertebrates.">Energy homeostasis as an integrative tool for assessing limits of environmental stress tolerance in aquatic invertebrates.</a> Marine Environmental Research. 79, 1-15 (2012).</li><li>Tepolt, C. K., Somero, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Master+of+all+trades:+thermal+acclimation+and+adaptation+of+cardiac+function+in+a+broadly+distributed+marine+invasive+species,+the+European+green+crab,+Carcinus+maenas.">Master of all trades: thermal acclimation and adaptation of cardiac function in a broadly distributed marine invasive species, the European green crab, Carcinus maenas.</a> Journal of Experimental Biology. 217 (7), 1129-1138 (2014).</li><li>Frederich, M., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+limitation+of+thermal+tolerance+defined+by+cardiac+and+ventilatory+performance+in+spider+crab,+Maja+squinado.">Oxygen limitation of thermal tolerance defined by cardiac and ventilatory performance in spider crab, Maja squinado.</a> American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 279 (5), 1531-1538 (2000).</li><li>Metzger, R., Sartoris, F. J., Langenbuch, M., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+elevated+CO2+concentrations+on+thermal+tolerance+of+the+edible+crab+Cancer+pagurus.">Influence of elevated CO2 concentrations on thermal tolerance of the edible crab Cancer pagurus.</a> Journal of Thermal Biology. 32, 144-151 (2007).</li><li>Walther, K., Sartoris, F. J., Bock, C., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+anthropogenic+ocean+acidification+on+thermal+tolerance+of+the+spider+crab+Hyas+araneus.">Impact of anthropogenic ocean acidification on thermal tolerance of the spider crab Hyas araneus.</a> Biogeosciences. 6 (10), 2207-2215 (2009).</li><li>Styf, H. K., Sk&#246;ld, H. N., Eriksson, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Embryonic+response+to+long-term+exposure+of+the+marine+crustacean+Nephrops+norvegicus+to+ocean+acidification.">Embryonic response to long-term exposure of the marine crustacean Nephrops norvegicus to ocean acidification.</a> Ecology and Evolution. 3 (15), 5055-5065 (2013).</li><li>Camacho, J., Qadri, S. A., Wang, H., Worden, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+acclimation+alters+cardiac+performance+in+the+lobster+Homarus+americanus.">Temperature acclimation alters cardiac performance in the lobster Homarus americanus.</a> Journal of Comparative Physiology A. 192 (12), 1327-1334 (2006).</li><li>Braby, C., Somero, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecological+gradients+and+relative+abundance+of+native+(Mytilus+trossulus)+and+invasive+(Mytilus+galloprovincialis)+blue+mussels+in+the+California+hybrid+zone.">Ecological gradients and relative abundance of native (Mytilus trossulus) and invasive (Mytilus galloprovincialis) blue mussels in the California hybrid zone.</a> Marine Biology. 148 (6), 1249-1262 (2006).</li><li>Stenseng, E., Braby, C. E., Somero, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+and+acclimation-induced+variation+in+the+thermal+limits+of+heart+function+in+congeneric+marine+snails+(Genus+Tegula):+implications+for+vertical+zonation.">Evolutionary and acclimation-induced variation in the thermal limits of heart function in congeneric marine snails (Genus Tegula): implications for vertical zonation.</a> Biological Bulletin. 208 (2), 138-144 (2005).</li><li>Factor, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biology of the Lobster: Homarus americanus. , (1995).</li><li>Muggeo, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Segmented:+an+R+package+to+fit+regression+models+with+broken-lin+relationships.">Segmented: an R package to fit regression models with broken-lin relationships.</a> R News. 8 (1), 20-25 (2008).</li><li>Ryan, S. E., Porth, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+tutorial+on+the+piecewise+regression+approach+applied+to+bedload+transport+data.">A tutorial on the piecewise regression approach applied to bedload transport data.</a> General Technical Report RMS-GTR-189. , (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Prism8 Statistics Guide. , (2020).</li><li>Cuculescu, M., Hyde, D., Bowler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+tolerance+of+two+species+of+marine+crab,+Cancer+pagurus+and+Carcinus+maenas.">Thermal tolerance of two species of marine crab, Cancer pagurus and Carcinus maenas.</a> Journal of Thermal Biology. 23 (2), 107-110 (1998).</li><li>Stillman, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+analysis+of+plasticity+of+thermal+limits+in+porcelain+crabs+across+latitudinal+and+intertidal+zone+clines.">A comparative analysis of plasticity of thermal limits in porcelain crabs across latitudinal and intertidal zone clines.</a> International Congress Series. 1275, 267-274 (2004).</li><li>Maderia, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=cellular+and+biochemical+thermal+stress+response+of+intertidal+shrimps+with+different+vertical+distributions:+Palaemon+elegans+and+Palaemon+serratus.">cellular and biochemical thermal stress response of intertidal shrimps with different vertical distributions: Palaemon elegans and Palaemon serratus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology, Part A. 183, 107-115 (2015).</li><li>Padilla-Ramirez, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+thermal+acclimation+on+the+behavior,+thermal+tolerance,+and+respiratory+metabolism+in+a+crab+inhabiting+a+wide+range+of+thermal+habitats+(Cancer+antennarius+Stimpson,+1856,+the+red+shore+crab).">The effects of thermal acclimation on the behavior, thermal tolerance, and respiratory metabolism in a crab inhabiting a wide range of thermal habitats (Cancer antennarius Stimpson, 1856, the red shore crab).</a> Marine and Freshwater Behaviour and Physiology. 48 (2), 89-101 (2017).</li><li>P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecosystem+effects+of+ocean+acidification+in+times+of+ocean+warming:+a+physiologist's+view.">Ecosystem effects of ocean acidification in times of ocean warming: a physiologist's view.</a> Marine Ecology Progress Series. 373, 203-217 (2008).</li><li>P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen-+and+capacity-limitation+of+thermal+tolerance:+a+matrix+for+integrating+climate-related+stressor+effects+in+marine+ecosystems.">Oxygen- and capacity-limitation of thermal tolerance: a matrix for integrating climate-related stressor effects in marine ecosystems.</a> Journal of Experimental Biology. 213 (6), 881-893 (2010).</li><li>Zittier, Z. M. C., Hirse, T., P&#246;rtner, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+synergistic+effects+of+increasing+temperature+and+CO2+levels+on+activity+capacity+and+acid-base+balance+in+the+spider+crab,+Hyas+araneus.">The synergistic effects of increasing temperature and CO2 levels on activity capacity and acid-base balance in the spider crab, Hyas araneus.</a> Marine Biology. 160 (8), 2049-2062 (2013).</li><li>Harrington, A. M., Hamlin, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ocean+acidification+alters+thermal+cardiac+performance,+hemocyte+abundance,+and+hemolymph+chemistry+in+subadult+American+lobsters+Homarus+americanus+H.+Milne+Edwards,+1837+(Decapoda:+Malcostraca:+Nephropidae).">Ocean acidification alters thermal cardiac performance, hemocyte abundance, and hemolymph chemistry in subadult American lobsters Homarus americanus H. Milne Edwards, 1837 (Decapoda: Malcostraca: Nephropidae).</a> Journal of Crustacean Biology. 39 (4), 468-476 (2019).</li><li>Depledge, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoplethysmography+-+a+non-invasive+technique+for+monitoring+heart+beat+and+ventilation+rate+in+decapod+crustaceans.">Photoplethysmography - a non-invasive technique for monitoring heart beat and ventilation rate in decapod crustaceans.</a> Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. 77 (2), 369-371 (1984).</li></ol>

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung der Impedanz-Pneumographie, um Veränderungen der Herzfrequenz von Wirbellosen im späten Stadium während eines Temperatur-Ramping-Experiments zu messen. Der Hauptvorteil dieser Technik im Vergleich zu anderen Labor-basierten Ansätzen9,10,11 ist, dass es minimal-invasiv ist und keine größere chirurgische Manipulation des Exoskeletts beinhaltet, wodurch die Menge der Erholungszeit vo...

In den letzten Jahrzehnten hat die zunehmende Initigung von Treibhausgasen (d. h. Kohlendioxid, Methan und Lachgas) in die Atmosphäre zu weit verbreiteten Mustern der Umweltveränderung geführt1. Die Weltmeere erwärmen sich schnell2,3, ein Trend, der schwerwiegende Auswirkungen auf die Physiologie des Organismus haben kann. Die Temperatur beeinflusst stark die physiologischen Raten, und Organismen haben einen optimalen Temperaturbereich für Leistung4,5,6. Als solche, Einzelpersonen können Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung der richtigen Sauerstoffversorgung geweben auftreten, da Temperaturen außerhalb dieses Bereichs streunen. Dies hat das Potenzial, zu einem Rückgang der aeroben Leistung angesichts der Erwärmung der Ozeantemperaturenführen 5,7.
In einem Labor ist eine Methode, um die physiologischen Auswirkungen von Umweltveränderungen zu verstehen, die Herzleistung im Kontext von thermischem Stress zu untersuchen. Dies gibt einen Einblick, wie die Exposition gegenüber vorhergesagten Erwärmungsbedingungen Leistungskurven5,6 sowie das Potenzial für Akklimatität simponizität8verändern kann. Eine Vielzahl von Methoden wurden erfolgreich implementiert, um zuvor die Herzfrequenz bei wirbellosen Meerestieren zu messen. Viele dieser Techniken beinhalten jedoch eine chirurgische Entfernung oder größere Manipulation des Exoskeletts und eine längere Implantation von Messgeräten9,10,11, was zusätzliche Belastung für den Testgegenstand mit sich bringt und die Zeit erhöht, die für eine erfolgreiche Genesung vor dem Experimentieren benötigt wird. Darüber hinaus können weniger invasive Techniken (z. B. visuelle Beobachtung, Videographie) auf frühe Lebensverlaufsstadien beschränkt werden, wenn Organismen vollständig oder halbtransparent sein können12. Darüber hinaus können Forscher, die sich nicht mit technologisch fortschrittlicheren Methoden auskennen (z. B. Beobachtungen über Infrarot-Wandler oder Dopplerperfusion8,11), zusätzliche Herausforderungen stellen.
Dieses Protokoll verwendet den amerikanischen Hummer (Homarus americanus) als spätes Marine-Wirbellosenmodell, um die Verwendung von Impedanz-Pneumographie zur Beurteilung von Veränderungen der Herzfrequenz während eines Temperatur-Ramping-Experiments zu demonstrieren. Die Impedanz-Pneumographie beinhaltet die Weitergabe eines oszillierenden elektrischen Stroms (AC) über zwei Elektroden, die auf beiden Seiten des Perikards positioniert sind, um Spannungsänderungen zu messen, wenn sich das Herz zusammenzieht und entspannt13,14. Diese Technik ist minimal invasiv, da sie die Verwendung von kleinen Elektroden (d. h. 0,10–0,12 mm Durchmesser) verwendet, die sanft unter dem Exoskelett implantiert werden. Schließlich bietet es Echtzeit-Bewertungen der Herzfrequenz und Der Wassertemperatur während der Rampe durch den Einsatz eines Datenloggers.
Das Protokoll enthält auch Anweisungen zur Berechnung der Arrhenius Bruchtemperatur (ABT), die Temperatur, bei der die Herzfrequenz beginnt, mit steigenden Temperaturen13,15zu sinken. Die ABT dient als nicht-tödlicher Indikator für die thermische Kapazitätsgrenze bei Probanden, die gegenüber der Messung des kritischen thermischen Maximums (CTmax, die Obergrenze der Herzfunktion5,6) bevorzugt werden können, da tödliche Grenzwerte oft extrem und in der natürlichen Umgebung selten anzutreffen sind5.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.6 mm (1/16 in) drill bit</td>
			<td>Milwaukee Tool at Home Depot</td>
			<td>1001294900</td>
			<td>This is for a 1.6 mm (1/16 in) diameter drill bit. This item can be found at most home-improvement stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>38 AWG Copper Magnet Wire</td>
			<td>TEMCo</td>
			<td>MW0093</td>
			<td>This wire is used to make the wire electrode leads that are implanted into the test subjects. This listing is for a 4 oz coil of 38-gauge magnetic wire. TemCo also has 36-gauge magnetic wire that is also suitable for use in constructing wire electrodes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate glue</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>852882</td>
			<td>This item includes a brush tip, which makes it easier to control the amount of glue used to secure electrodes to the carapace.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol, 70% Solution, Molecular Biology Grade</td>
			<td>Fisher BioReagents</td>
			<td>BP82931GAL</td>
			<td>This reagent is used in combination with the sterile cotton balls to disinfect the carapace prior to electrode implantation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This program is used in the protocol for organizing, manipulating, and analyzing data. It is compatible with both PC and Mac operating systems.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand 8-Piece Dissection Kit</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>08-855</td>
			<td>This kit includes the forceps, scissors, dissecting knife (and blades), and dissecting needle needed to accomplish the electrode implantation steps in the protocol.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Isotemp Refrigerated/Heated Bath Circulators: 5.4-6.5L, 115V/60Hz</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-874-180</td>
			<td>This is a complete system that consists of an immersion circulator and a bath. It can be used as a temperature controlled bath or to circulate fluid externally to an application. Temperature range of this water bath is -20 to +100 &#176;C, and the unit heats/cools rapidly and is easy to drain upon conclusion of use.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Sterile Cotton Balls</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-456-885</td>
			<td>These swabs should be soaked in 70% ethanol before being used to disinfect the carapace prior to electrode implantation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fork Terminal, Red Vinyl, Butted Seam, 22 to 16 AWG, 100 PK</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>5WHE6</td>
			<td>Terminals are soldered to the magnetic wire to construct the wire electrodes. These can be purchased from a variety of home-improvement vendors.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impedance converter</td>
			<td>UFI</td>
			<td>Model 2991</td>
			<td>Measures impedance changes correlated with very small voltage changes, ranging from 0.2 ohm to over 5 ohms. This model can convert impedance changes that stem from resistance, capacitance, or inductance variations, as well as a combination of all three.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabChart software</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Purchase of the PowerLab datalogger includes the LabChart software, but a license for the software can also be directly downloaded online. LabChart allows the user to record data, open and read LabChart files, analyze data, as well as save and export files. There is a free version of the software, LabChart Reader, but users can only open and read LabChart files and analyze them (i.e., it cannot be used to record, save, or export data files). One also has the option of selecting LabChart Pro, which includes LabChart teaching modules that can be used for educational purposes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Soldering Iron</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>28EA35</td>
			<td>This is a generic soldering iron that can be used to solder the magnetic wire to the fork terminals to create the wire electrodes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerLab datalogger</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>ML826</td>
			<td>There are a variety of models of the PowerLab. This catalog number is for the 2/26 model that is a 2 channel, 16 bit resolution recorder with two analog input channels, independently selectable input sensitivities, two independent analog outputs for stimulation or pulse generation and a trigger input. The PowerLab features a wide range of low-pass filters, AC or DC coupling and adaptive mains filter. This unit has a USB interface for connection to Windows or Mac OS computers and a sampling rate of 100,000 samples/s per channel.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prism8</td>
			<td>GraphPad</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This program provides an additional option for calculating the Arrhenius Break Temperature through its &#8220;Segmental linear regression&#8221; data analysis option. This program does not require any programming and is compatible with both Mac and Windows operating systems.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R</td>
			<td>R Project</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This is free software for statistical computing that is compatible with UNIX platforms, as well as Windows and Mac operating systems. This program can also be used to calculate the Arrhenius Break Temperature using the &#8220;segmented&#8221; package. There are a number of tutorials and user guides available online through the r-project.org website.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rosin Core Solder</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>331856</td>
			<td>This product has a diameter of 0.031 in (0.76 mm) and is ideal for use in soldering speaker wire (similar gauge as magnetic wire used for electrodes).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SAS</td>
			<td>SAS Institute</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This program provides an additional option for calculating the Arrhenius Break Temperature. However, it does require programming and is not compatible with Mac operating systems.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SigmaPlot</td>
			<td>Systat Software, Inc.</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This is the authors&#8217; preferred program for statistical determination of the Arrhenius Break Temperature. The &#8220;Regression Wizard&#8221; is easy to use and does not require any programming. One can obtain a free 30-day trial license before purchase. However, it is compatible only with PC computers.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-type Pod</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>ML312</td>
			<td>Suitable for measurement of temperatures from 0-50 &#176;C using T-type thermocouples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-type Thermocouple Probe</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>MLT1401</td>
			<td>Compatible with the T-type Pod for connection. Measures temperature up to 150 &#176;C, and is suitable for immersion in various solutions, semi-solids, and tissue (includes a needle for implantation). This product is a 0.6 mm diameter isolated probe that is sheathed in chemical-resistant Teflon and a lead length of 1.0 m.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Cable Tie, Black</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>295813</td>
			<td>This is for a 100-pack of 8-inch (20.32 cm), black cable ties. However, based on the size of test subjects, smaller or larger cable ties may be needed. This item, and others like it, can be purchased at any home-improvement store.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

impedance pneumography for minimally invasive measurement of heart rate in late stage invertebrates

Die Temperaturen in den Ozeanen steigen infolge der weitverbreiteten Veränderungen des Weltklimas rapide an. Da die Physiologie des Organismus stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird, hat dies das Potenzial, die thermische physiologische Leistungsfähigkeit in einer Vielzahl von Meeresorganismen zu verändern. Mit dem amerikanischen Hummer (Homarus americanus) als Modellorganismus beschreibt dieses Protokoll die Verwendung von Impedanz-Pneumographie, um zu verstehen, wie sich die Kardialleistung in Wirbellosen im späten Stadium unter akutem thermischem Stress verändert. Das Protokoll stellt eine minimal-invasive Technik dar, die eine Echtzeit-Erfassung der Herzfrequenz während eines Temperatur-Ramping-Experiments ermöglicht. Daten können leicht manipuliert werden, um ein Arrhenius-Diagramm zu erzeugen, das verwendet wird, um arrhenius Bruchtemperatur (ABT) zu berechnen, die Temperatur, bei der die Herzfrequenz beginnt, mit steigenden Temperaturen zu sinken. Diese Technik kann in einer Vielzahl von Wirbellosen im späten Stadium (z. B. Krebse, Muscheln oder Garnelen) eingesetzt werden. Obwohl sich das Protokoll ausschließlich auf die Auswirkungen der Temperatur auf die Herzleistung konzentriert, kann es modifiziert werden, um das Potenzial für zusätzliche Stressoren (z. B. Hypoxie oder Hyperkapnie) zu verstehen, um mit der Temperatur zu interagieren, um die physiologische Leistung zu beeinflussen. Daher hat die Methode das Potenzial für weitreichende Anwendungen, um besser zu verstehen, wie wirbellose Meerestiere auf akute Veränderungen in der Umwelt reagieren.

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung der Impedanz-Pneumographie, um Echtzeitdaten für Herzfrequenz (in Spannung) und Temperatur während eines Temperatur-Ramping-Experiments zu erhalten. Bei der Perforierung dieser Technik variiert die Amplitude der gemessenen Spannungen und Temperaturen je nach experimentellem Design und fokalen Arten. Der in Echtzeit angezeigte Spannungsausgang folgt jedoch einer generischen Sinusverteilung, wenn das Protokoll korrekt implementiert wird (Abbildung 1A</strong...

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Impedance Pneumography for Minimally Invasive Measurement of Heart Rate in Late Stage Invertebrates

Die Messung der Herzfrequenz während einer thermischen Herausforderung gibt Einblick in physiologische Reaktionen von Organismen als Folge akuter Umweltveränderungen. Mit dem amerikanischen Hummer (Homarus americanus) als Modellorganismus beschreibt dieses Protokoll die Verwendung der Impedanz-Pneumographie als einen relativ nichtinvasiven und nichttödlichen Ansatz zur Messung der Herzfrequenz bei wirbellosen Wirbellosen im späten Stadium.

Impedanz-Pneumographie zur minimalinvasiven Messung der Herzfrequenz bei Wirbellosen im Spätstadium

Temperatures in oceans are increasing rapidly as a consequence of widespread changes in world climates. As organismal physiology is heavily influenced by ...

Dieses Protokoll verwendet jugendliche amerikanische Hummer als Modell, um die Verwendung von Impedanz-Pneumographie zu demonstrieren, um die physiologische Leistung während eines thermischen Stresses zu bewerten. Diese Technik überträgt einen kleinen oszillierenden elektrischen Strom über zwei Elektroden, die auf beiden Seiten des Herzens implantiert werden, und misst die Änderung der Spannung, wenn sich der Muskel zusammenzieht und entspannt. Diese Spannung kann dann einfach in Beats pro Minute umgewandelt werden, um die Herzfrequenz über den Temperaturbereich zu zeichnen, der zur Bestimmung von thermischen Leistungsfenstern bewertet wird.Diese Technik ist minimal invasiv und ermöglicht die Erfassung von Echtzeitdaten in Spätstadium-Organismen, bei denen es schwierig sein kann, die Herzleistung direkt visuell zu beobachten. Diese Methode konzentriert sich auch auf die Berechnung der Arrhenius Bruchtemperatur oder ABT und verwendet diese als nicht-tödlichen Endpunkt, um thermische Grenzwerte zu bestimmen. Wrap klare formbare Schläuche um sich herum, um eine Wärmeaustauschspule zu schaffen, die etwa acht bis zehn Zentimeter im Durchmesser ist und Verlängerungen hat, die 40 bis 70 Zentimeter lang sind.Sichern Sie die Spule mit elektrischem Klebeband. Befestigen Sie die Wärmeaustauschspule an der externen Zufuhr und den Rücklaufarmaturen des zirkulierenden Wasserbades. Stellen Sie sicher, dass die Verbindung mit Schlauchklemmen sicher ist.Füllen Sie den Brunnen des zirkulierenden Wasserbades mit Umkehrosmosewasser und schließen Sie das Netzkabel an einen Auslass an. Schalten Sie das Wasserbad ein und stellen Sie sicher, dass es keine Leckagen in der Verbindung mit der Wärmeaustauschspule gibt. Richten Sie den Impedanzkonverter ein, indem Sie das schwarze BNC-Kabel an den AC-Ausgang des Geräts anschließen und es über den Kanal-1-Port an den Power Lab-Datenlogger anschließen.Schließen Sie den Thermistor an den T-Pod an und schließen Sie dann den T-Pod an den Kanal zwei Port des Power Lab-Datenloggers an. Schließen Sie das Netzkabel des Netzlabor-Datenloggers an ein Netzteil an und schließen Sie den Datenlogger über den USB-Kabelanschluss an einen PC-Computer an. Füllen Sie die Akklimatisierungskammer in der Versuchsarena mit 7,5 Liter künstlichem Meerwasser.Legen Sie den Hummer auf ein Kunststoffgitter. Sichern Sie die Hummerkrallen und den Bauch vorsichtig mit kleinen Kabelbindern am Kunststoffgitter. Trocknen Sie den Panzer mit einem Papiertuch ab und reinigen Sie ihn mit einem Wattestäbchen, der in 70% Ethanol getränkt ist.Sorgfältig von Hand bohren zwei kleine Löcher fast durch den Panzer auf beiden Seiten des Perikards. Beenden Sie jedes Loch, indem Sie vorsichtig eine sterile Sezierender Nadel einsetzen. Schrott endieben Sie ein kleines Stück der Drahtisolierung mit einer Rasierklinge.Biegen Sie vorsichtig die Spitze jedes Drahtes mit Zangen und legen Sie eine in jede der neu gebohrten Löcher. Sichern Sie jede Drahtleitung mit einem kleinen Tropfen Superkleber und lassen Sie es für fünf bis 10 Minuten trocknen. Sobald der Kleber trocken ist, befestigen Sie den Draht führt an den Impedanzkonverter und schalten Sie ihn ein.Legen Sie den Hummer in die Akklimatisierungskammer und lassen Sie ihn 15 bis 20 Minuten an die implantierten Elektroden gewöhnen. Schalten Sie das Netzlabor ein, und öffnen Sie die Labchart-Software auf dem Computer. Klicken Sie auf Neues Experiment, und lassen Sie den Bildschirm der Diagrammansicht geöffnet.Suchen Sie in der Diagrammansicht das Kanalfunktionsmenü für Kanal 1. Wählen Sie den Eingangsverstärker aus dem Menü und wählen Sie AC-Kopplung. Passen Sie auf dem Impedanzkonverter die Verstärkung und das Gleichgewicht an, bis ein starkes Signal am Ausgang des Power Lab beobachtet wird, um das Gleichgewicht nahe Null zu halten.Wählen Sie auf Kanal zwei den T-Typ-Pod aus, um Echtzeit-Temperaturdaten aufzuzeichnen. Klicken Sie auf die Schaltfläche Start, und das Energielabor beginnt mit der Protokollierung der Daten. Legen Sie das Kunststoffgitter mit dem befestigten Hummer vorsichtig auf die Experimentierarena und stellen Sie die Wärmeaustauschspule auf das Gitter.Platzieren Sie den Thermistor in der Nähe des Hummers, bevor Sie den Deckel auf die Versuchsarena legen, um die Sehbelastung des Versuchsgegenstands zu reduzieren. Passen Sie das Gleichgewicht nach Bedarf an, und geben Sie einen Kommentar zur Ausgabe ab, in dem angegeben wird, dass die Studie begonnen hat. Die Ausgabe sollte während des gesamten Experiments periodisch gespeichert werden.Klicken Sie auf Datei, und wählen Sie Speichern unter aus, um die Ausgabe zunächst auf dem Computer zu speichern. Erhöhen Sie die Wassertemperatur der Versuchsarena mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,5 Grad Celsius alle 15 Minuten, um eine Rampe von 12 bis 30 Grad Celsius über einen Zeitraum von zwei Stunden und 30 Minuten zu erreichen, indem Sie die Temperatur des umlaufenden Wasserbades anpassen. Wenn die Rampe fertig ist, entfernen Sie den Hummer aus der Versuchsarena und legen Sie ihn für ca. 20 Minuten in ein Erholungsbad.Nach 20 Minuten drücken Sie die Stopp-Taste auf der Power-Lab-Ausgabe und speichern Sie die Datei. Entfernen Sie vorsichtig die Elektroden und schneiden Sie die Kabelbinder, bevor Sie den Testgegenstand in seinen Haltebehälter zurückgeben. Öffnen Sie das Datenpad, indem Sie auf das Menü Fenster klicken und das Datenpad auswählen.Legen Sie Spalte A auf Zeit fest, indem Sie auf Spalte A doppelklicken und auf Auswahl und Aktivpunkt klicken, die Uhrzeit auswählen und das Fenster schließen, indem Sie auf OK klicken. Legen Sie Spalte B so fest, dass sie die Durchschnittstemperatur über dem ausgewählten Datenteil ist, indem Sie auf Spalte B doppelklicken und Statistik auswählen. Wählen Sie Mittelwert von der rechten Seite des Menüs und Kanal zwei als Berechnungsquelle am unteren Rand des Menüfensters aus. Doppelklicken Sie auf Spalte C und wählen Sie Auswahl und Aktivpunkt aus.Wählen Sie die Auswahldauer aus, klicken Sie auf OK, um das Fenster zu schließen. Doppelklicken Sie auf Spalte D und wählen Sie zyklische Messungen aus. Wählen Sie die Ereignisanzahl aus, wählen Sie Kanal eins als Berechnungsquelle aus, klicken Sie auf OK, um das Fenster zu schließen.Dadurch werden die Spitzen der Daten gezählt, um die Herzfrequenz über einen ausgewählten Teil der Daten zu bestimmen. Doppelklicken Sie auf Spalte E und wählen Sie zyklische Messungen aus. Wählen Sie die durchschnittliche zyklische Rate und Kanal eins als Berechnungsquelle am unteren Rand des Menüfensters aus.Klicken Sie auf OK, um das Fenster zu schließen, und dies bietet die endgültige Schätzung der Herzfrequenz als Schläge pro Minute über einen ausgewählten Datenteil. Kehren Sie zur Datendatei zurück und markieren Sie die gewünschten Abschnitte der Ausgabe. Wählen Sie Befehle aus und fügen Sie mehrere zum Datenpad hinzu.Wählen Sie die Zeit aus, und ziehen Sie Alle 30 Sekunden Daten ab, indem Sie das Kontrollkästchen aktivieren und 30 im Menü Auswählen eingeben. Klicken Sie auf die aktuelle Auswahl und klicken Sie auf Hinzufügen. Kehren Sie zum Datenblockbildschirm zurück und wählen Sie Datei und Speichern unter aus, um die Ausgabe als Excel-Datei zu speichern.Öffnen Sie die Datendatei in Excel. Konvertieren Sie die Temperatur von Grad Celsius in die Umkehrung von Kelvin. Nehmen Sie das natürliche Protokoll der Herzfrequenz, erzeugen Sie ein Arrhenius-Diagramm, indem Sie die Herzfrequenz als Funktion der Temperatur darstellen.Passen Sie diese Daten mit einer stückweisen Regression an, und bestimmen Sie den Schnittpunkt. Dies ist die Arrhenius Bremstemperatur oder ABT. Dies ist ein Beispiel für die erwartete Ausgabe mit dem Power Lab-Datenlogger.Die Spannung ist rot und die Arenatemperatur blau. Diese Daten zeigen eine erwartete Verteilung der Herzfrequenz über einen Temperaturrampe. Schließlich zeigt dieses Panel eine erwartete Arrhenius-Plot von einem Versuchstier.Passend zu einer stückweisen Regression hebt der rote Stern ihre Schnittmenge hervor, die die Arrhenius-Bruchtemperatur ist. Bei der Verwendung dieser Technik ist es wichtig, dass Ihr Testsubjekt richtige Akklamations- und Erholungszeiträume einnimmt, um sicherzustellen, dass Sie die Herzleistung genau aufzeichnen. Es ist auch wichtig, die angemessene Erwärmungsrate für Ihr Experiment zu bestimmen, bevor Sie dies auf einem Testthema ausführen.Obwohl wir uns in diesem Video ausschließlich auf die Temperatur konzentrieren, kann diese Technik allgemein angewendet werden, um die Umweltauswirkungen auf die Physiologie des Organismus zu verstehen, indem Die Probanden vor zusätzlichen Stressoren wie der Ozeanversauerung oder der reduzierten Sauerstoffverfügbarkeit vorausgehen, bevor sie durch die Temperaturrampe laufen.

Research

JoVE Journal

Environment

Preparation and Testing of Impedance-based Fluidic Biochips with RTgill-W1 Cells for Rapid Evaluation of Drinking Water Samples for Toxicity

Herstellung und Prüfung von impedanzbasierten Fluidic Biochips mit RTgill-W1 Zellen für die schnelle Auswertung von Trinkwasserproben für Toxizität

This manuscript describes how to prepare fluidic biochips with Rainbow trout gill epithelial (RTgill-W1) cells for use in a field portable water toxicity ...

Forschung

Umwelt

Enhancement of the Initial Growth Rate of Agricultural Plants by Using Static Magnetic Fields

Verbesserung des Anfangswachstumsrate von landwirtschaftlichen Pflanzen durch statische Magnetfelder

Electronic devices and high-voltage wires induce magnetic fields. A magnetic field of 1,300-2,500 Gauss (0.2 Tesla) was applied to Petri dishes containing ...

Implementation of Portable Emissions Measurement Systems (PEMS) for the Real-driving Emissions (RDE) Regulation in Europe

Implementation of Portable Emissions Measurement Systems PEMS for the Real-driving Emissions RDE Regulation in Europe

Die Umsetzung von transportabler Emissionsmesssysteme (PEMS) für die Echtzeit-Fahr Emissionen (RDE) Regulierung in Europa

Vehicles are tested in controlled and relatively narrow laboratory conditions to determine their official emission values and reference fuel consumption. ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Herstellung und Messung von organischen Partikeln in einem Flow Rohrreaktor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

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Messung der Rheologie des Rohöls im Gleichgewicht mit CO<sub&gt; 2</sub&gt; Bei Vorratsbedingungen

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The ...

Determination of the Settling Rate of Clay/Cyanobacterial Floccules

Bestimmung der die Abrechnung bei Ton/Cyanobakterien Stapelfaser

The mechanisms underpinning the deposition of fine-grained, organic-rich sediments are still largely debated. Specifically, the impact of the interaction ...

Double-stranded RNA Oral Delivery Methods to Induce RNA Interference in Phloem and Plant-sap-feeding Hemipteran Insects

Double-Stranded RNA Oral Liefermethoden induzieren RNA-Interferenz im Phloem und Pflanze-Sap-Fütterung Hemipteran Insekten

Phloem and plant sap feeding insects invade the integrity of crops and fruits to retrieve nutrients, in the process damaging food crops. Hemipteran ...

Detached Leaf Assays to Simplify Gene Expression Studies in Potato During Infestation by Chewing Insect Manduca sexta

Freistehende Leaf Assays zur Vereinfachung der Genexpressionsstudien in Kartoffeln während des Befalls durch Kauen Voninsekt Manduca sexta

The multitrophic nature of gene expression studies of insect herbivory demands large numbers of biological replicates, creating the need for simpler, more ...

Using Deuterium Oxide as a Non-Invasive, Non-Lethal Tool for Assessing Body Composition and Water Consumption in Mammals

Verwendung von Deuteriumoxid als nicht-invasives, nicht-tödliches Werkzeug zur Beurteilung der Körperzusammensetzung und des Wasserverbrauchs bei Säugetieren

Body condition scoring systems and body condition indices are common techniques used for assessing the health status or fitness of a species. Body ...

PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies

PARbars: Günstig, leicht zu bauen Ceptometer für die kontinuierliche Messung von Lichtabnahme in Packungen

Ceptometry is a technique used to measure the transmittance of photosynthetically active radiation through a plant canopy using multiple light sensors ...